Ósýnilegur eiginleiki ljóss greindur með nýrri gerð ljósskautunarmælis Michael Juhl skrifar 15. maí 2020 08:00 Svokölluð skautun er mikilvægur eiginleiki ljóss sem alla jafna er ekki greinanlegur með berum augum. Skautun ljóss skiptir þó miklu máli í ljósleiðurum, þrívíddarkvikmyndum, sjálfkeyrandi bílum og í efnagreiningum. Býflugur og blekfiskar Sýnilegt ljós samanstendur af rafsegulbylgjum, eins og innrautt ljós, útfjólublátt ljós, röntgengeislar, útvarpsbylgjur og örbylgjur. Hugtakið skautun vísar til þess í hvaða stefnu rafsvið bylgjunnar sveiflast á hverjum tíma. Sumar dýrategundir geta greint þessa sveiflustefnu ljóss, þar á meðal býflugur og blekfiskar. Sveiflustefna ljóssins getur nefnilega gefið mikilvægar upplýsingar um hluti sem ljósið hefur lent á og víxlverkað við. Þannig geta sum dýr nýtt sér skautun ljóss frá himninum til að rata, þrátt fyrir að sólin sé ekki sýnileg. Tvístrun ljóss frá óreglulegu yfirborði myndar flókið víxlmynstur sem geymir uoolýsingar um skautunarástand ljóssins. Stjörnuljós og internetið Stjarneðlisfræðingar mæla skautun ljóss frá fjarlægum stjörnum, t.d. til að fá upplýsingar um segulsvið umhverfis viðkomandi stjörnur eða til að mæla stærð og efnasamsetningu smárra efnisagna í geimnum. Í efnafræði og líftækni má nýta skautun ljóss til að mæla svokallaða hendni sameinda og styrk þeirra í lausn. Samskipti á internetinu eru á formi ljóss og fylgst er nákvæmlega með skautunarstefnu ljósmerkja sem ferðast gegnum ljósleiðaranetið. Tæki sem greina þennan eiginleika ljóss kallast ljósskautunarmælar. Skautunarmælar sem fáanlegir eru á markaði eru þó í flestum tilfellum hægvirkir og dýrir. Víxlmynstur ljóssins eins og það birtist í myndavél. Byltingarkenndur íslenskur mælir Starfsmenn Nýsköpunarmiðstöðvar hafa á undanförnum árum unnið að hönnun og smíði á smásæjum skautunargreini sem gjörbyltir þeirra aðferðafræði sem notuð hefur verið til að greina skautun ljóss. Með því að beita myndgreiningu og gervigreind má í raun breyta hvaða hlut sem er í skautunargreini, svo framarlega sem hluturinn sýni ljósdreifingu sem er háð skautunarstefnunni. Þetta hefur verið sannreynt með því að breyta t.d. þynnu úr ódýru sellófanefni í skautunarmæli með mælinákvæmni sem er sambærileg við dýran og sérhæfðan tækjabúnað. Mælitæknin hentar vel til smækkunar og hafa skautunargreinar verið framleiddir hjá Nýsköpunarmiðstöð sem eru svo smáir að þeim hefur mátt koma fyrir á endanum á ljósleiðara, eða á svæði sem svarar einum tíunda hluta af þvermáli hárs. Með þessari nýju aðferðafræði, sem gerir skautunarmæla einfaldari og lækkar kostnað, eru bundnar vonir við að skautunargreiningu ljóss megi nýta á enn fleiri stöðum en áður hefur verið gert. Rannsóknirnar voru styrktar af Rannsóknasjóði og unnar í samstarfi við Harvard-háskóla. Nánari upplýsingar má finna í janúarhefti vísindatímaritsinsACS Photonics. Höfundur er verkefnastjóri hjá Nýsköpunarmiðstöð Íslands. Þessi grein er hluti af ritröðinni Nýsköpun og rannsóknir sem varpar ljósi á fjölbreyttar vísindarannsóknir og nýsköpunarstarf sem unnið er að hérlendis. Greinarnar eru skrifaðar af starfsmönnum Nýsköpunarmiðstöðvar Íslands og eru úr ársskýrslu miðstöðvarinnar. Nánari upplýsingar um Nýsköpunarmiðstöð Íslands eru á www.nmi.is. Viltu birta grein á Vísi? Sendu okkur póst. Senda grein Nýsköpun og rannsóknir Mest lesið Áróðursstríð Ingu Eydís Hörn Hermannsdóttir Skoðun Janúarblús vinstristjórnarinnar Jens Garðar Helgason Skoðun Fyrir hvern vinnur þú? Sigurður Freyr Sigurðarson Skoðun Erfitt að treysta þegar upplifunin er að samfélagið forgangsraði ekki börnum Ragnheiður Stephensen Skoðun Skipbrot meðaltalsstöðugleikaleiðarinnar Aðalgeir Ásvaldsson Skoðun Hvernig er hægt að semja við samninganefnd sem hefur engan skilning á starfi stéttarinnar sem hún er að semja við? Ragnheiður Stephensen Skoðun Lífeyrissjóðir í sæng með kvótakóngum Björn Ólafsson Skoðun Hvað næst RÚV? Hilmar Gunnlaugsson Skoðun Kennarar verða að slá af launkröfum svo hægt sé að semja við þá! Ragnheiður Stephensen Skoðun Dropinn holar steinhjörtun. Um sterkar konur og mannabrag Viðar Hreinsson Skoðun Skoðun Skoðun Erfitt að treysta þegar upplifunin er að samfélagið forgangsraði ekki börnum Ragnheiður Stephensen skrifar Skoðun Janúarblús vinstristjórnarinnar Jens Garðar Helgason skrifar Skoðun Skipbrot meðaltalsstöðugleikaleiðarinnar Aðalgeir Ásvaldsson skrifar Skoðun Áróðursstríð Ingu Eydís Hörn Hermannsdóttir skrifar Skoðun Fyrir hvern vinnur þú? Sigurður Freyr Sigurðarson skrifar Skoðun Kostaboð Eydís Hörn Hermannsdóttir skrifar Skoðun Um kjaradeilu sveitarfélaga og kennara Inga Sigrún Atladóttir skrifar Skoðun Næring íþróttafólks: Þegar orkuna og kolvetnin skortir Birna Varðardóttir skrifar Skoðun Hvað næst RÚV? Hilmar Gunnlaugsson skrifar Skoðun Lífeyrissjóðir í sæng með kvótakóngum Björn Ólafsson skrifar Skoðun Glannalegt tal um gjaldþrot Ole Anton Bieltvedt skrifar Skoðun Bókvitið verður í askana látið! Árni Sigurðsson skrifar Skoðun Læknis- og sjúkraþjálfunarfræði fyrir alla Eiríkur Kúld Viktorsson skrifar Skoðun Hvernig er hægt að semja við samninganefnd sem hefur engan skilning á starfi stéttarinnar sem hún er að semja við? Ragnheiður Stephensen skrifar Skoðun Birtingarmynd fortíðar í nútímanum Ása Berglind Hjálmarsdóttir skrifar Skoðun Mun seðlabankastjóri standa við orð sín Ágúst Bjarni Garðarsson skrifar Skoðun Þegar réttarkerfið bregst – hvað kostar það börnin? Anna María Ingveldur Larsen skrifar Skoðun 97 ár í sjálfboðaliðastarfi Borghildur Fjóla Kristjánsdóttir skrifar Skoðun Borgið til baka! Guðmunda G. Guðmundsdóttir skrifar Skoðun Dropinn holar steinhjörtun. Um sterkar konur og mannabrag Viðar Hreinsson skrifar Skoðun Spörum með betri opinberum innkaupum Guðmundur R. Sigtryggsson skrifar Skoðun Hvers vegna Evrópusinni? Einar Helgason skrifar Skoðun Það gera allir mistök Árný Björg Blandon skrifar Skoðun Loftslagsaðgerðir sem skaða náttúruna Vala Árnadóttir skrifar Skoðun Geta íþróttir bjargað mannslífum? Ragnhildur Hólmgeirsdóttir skrifar Skoðun Fylkjum liði með kennurum og börnunum okkar Þóra Andrésdóttir skrifar Skoðun Vaknaðu menningarþjóð! Ása Baldursdóttir skrifar Skoðun Fjarðabyggð gegn kjarasamningum Halla Gunnarsdóttir,Hjördís Þóra Sigurþórsdóttir skrifar Skoðun Af styrkjum Sigmar Guðmundsson skrifar Skoðun Sterkara samfélag: Framfarir í velferðarþjónustu Hveragerðis Sandra Sigurðardóttir skrifar Sjá meira
Svokölluð skautun er mikilvægur eiginleiki ljóss sem alla jafna er ekki greinanlegur með berum augum. Skautun ljóss skiptir þó miklu máli í ljósleiðurum, þrívíddarkvikmyndum, sjálfkeyrandi bílum og í efnagreiningum. Býflugur og blekfiskar Sýnilegt ljós samanstendur af rafsegulbylgjum, eins og innrautt ljós, útfjólublátt ljós, röntgengeislar, útvarpsbylgjur og örbylgjur. Hugtakið skautun vísar til þess í hvaða stefnu rafsvið bylgjunnar sveiflast á hverjum tíma. Sumar dýrategundir geta greint þessa sveiflustefnu ljóss, þar á meðal býflugur og blekfiskar. Sveiflustefna ljóssins getur nefnilega gefið mikilvægar upplýsingar um hluti sem ljósið hefur lent á og víxlverkað við. Þannig geta sum dýr nýtt sér skautun ljóss frá himninum til að rata, þrátt fyrir að sólin sé ekki sýnileg. Tvístrun ljóss frá óreglulegu yfirborði myndar flókið víxlmynstur sem geymir uoolýsingar um skautunarástand ljóssins. Stjörnuljós og internetið Stjarneðlisfræðingar mæla skautun ljóss frá fjarlægum stjörnum, t.d. til að fá upplýsingar um segulsvið umhverfis viðkomandi stjörnur eða til að mæla stærð og efnasamsetningu smárra efnisagna í geimnum. Í efnafræði og líftækni má nýta skautun ljóss til að mæla svokallaða hendni sameinda og styrk þeirra í lausn. Samskipti á internetinu eru á formi ljóss og fylgst er nákvæmlega með skautunarstefnu ljósmerkja sem ferðast gegnum ljósleiðaranetið. Tæki sem greina þennan eiginleika ljóss kallast ljósskautunarmælar. Skautunarmælar sem fáanlegir eru á markaði eru þó í flestum tilfellum hægvirkir og dýrir. Víxlmynstur ljóssins eins og það birtist í myndavél. Byltingarkenndur íslenskur mælir Starfsmenn Nýsköpunarmiðstöðvar hafa á undanförnum árum unnið að hönnun og smíði á smásæjum skautunargreini sem gjörbyltir þeirra aðferðafræði sem notuð hefur verið til að greina skautun ljóss. Með því að beita myndgreiningu og gervigreind má í raun breyta hvaða hlut sem er í skautunargreini, svo framarlega sem hluturinn sýni ljósdreifingu sem er háð skautunarstefnunni. Þetta hefur verið sannreynt með því að breyta t.d. þynnu úr ódýru sellófanefni í skautunarmæli með mælinákvæmni sem er sambærileg við dýran og sérhæfðan tækjabúnað. Mælitæknin hentar vel til smækkunar og hafa skautunargreinar verið framleiddir hjá Nýsköpunarmiðstöð sem eru svo smáir að þeim hefur mátt koma fyrir á endanum á ljósleiðara, eða á svæði sem svarar einum tíunda hluta af þvermáli hárs. Með þessari nýju aðferðafræði, sem gerir skautunarmæla einfaldari og lækkar kostnað, eru bundnar vonir við að skautunargreiningu ljóss megi nýta á enn fleiri stöðum en áður hefur verið gert. Rannsóknirnar voru styrktar af Rannsóknasjóði og unnar í samstarfi við Harvard-háskóla. Nánari upplýsingar má finna í janúarhefti vísindatímaritsinsACS Photonics. Höfundur er verkefnastjóri hjá Nýsköpunarmiðstöð Íslands. Þessi grein er hluti af ritröðinni Nýsköpun og rannsóknir sem varpar ljósi á fjölbreyttar vísindarannsóknir og nýsköpunarstarf sem unnið er að hérlendis. Greinarnar eru skrifaðar af starfsmönnum Nýsköpunarmiðstöðvar Íslands og eru úr ársskýrslu miðstöðvarinnar. Nánari upplýsingar um Nýsköpunarmiðstöð Íslands eru á www.nmi.is.
Þessi grein er hluti af ritröðinni Nýsköpun og rannsóknir sem varpar ljósi á fjölbreyttar vísindarannsóknir og nýsköpunarstarf sem unnið er að hérlendis. Greinarnar eru skrifaðar af starfsmönnum Nýsköpunarmiðstöðvar Íslands og eru úr ársskýrslu miðstöðvarinnar. Nánari upplýsingar um Nýsköpunarmiðstöð Íslands eru á www.nmi.is.
Erfitt að treysta þegar upplifunin er að samfélagið forgangsraði ekki börnum Ragnheiður Stephensen Skoðun
Hvernig er hægt að semja við samninganefnd sem hefur engan skilning á starfi stéttarinnar sem hún er að semja við? Ragnheiður Stephensen Skoðun
Skoðun Erfitt að treysta þegar upplifunin er að samfélagið forgangsraði ekki börnum Ragnheiður Stephensen skrifar
Skoðun Hvernig er hægt að semja við samninganefnd sem hefur engan skilning á starfi stéttarinnar sem hún er að semja við? Ragnheiður Stephensen skrifar
Skoðun Sterkara samfélag: Framfarir í velferðarþjónustu Hveragerðis Sandra Sigurðardóttir skrifar
Erfitt að treysta þegar upplifunin er að samfélagið forgangsraði ekki börnum Ragnheiður Stephensen Skoðun
Hvernig er hægt að semja við samninganefnd sem hefur engan skilning á starfi stéttarinnar sem hún er að semja við? Ragnheiður Stephensen Skoðun